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Curso de Electronica de Potencia

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(1)
(2)

ELECTRONICA DE POTENCIA

ES LA APLICACIÓN DE LA ELECTRÓNICA DE ESTADO SÓLIDO PARA EL CONTROL Y LA CONVERSIÓN DE LA ENERGÍA

(3)

HISTORIA DE LA ELECTRONICA DE

POTENCIA

* Inicia en 1900 con el rectificador de arco de mercurio * Rectificador de tanque metálico

* Rectificador de tubo de alto vacío rejilla controlada * Ignitrón

* Fanotrón * Tiratrón

* 1948 invención transistor de silicio (Lab. Bell telephone). * 1956 transistor de disparo pnpn por (Lab. Bell telephone). * 1958 tiristor comercial por (general electric company).

(4)

APLICACIONES DE LA ELECTRONICA

DE POTENCIA

* AMPLIFICADORES DE AUDIO * CARGADORES DE BATERIAS * CALDERAS * COMPUTADORAS

* CONTROL LINEAL MOTOR DE INDUCCION * ELECTRONIMANES

* ELEVADORES

* EXCITADORES DEL GENERADOR * GRUAS Y TORNOS * IGNICION ELECTRONICA * PRECIPITADORES ELECTROSTATICOS * LOCOMOTORAS * VEHICULOS ELECTRICOS * CONTROLES DE MOTOR * FUENTES DE ALIMENTACION * INTERRUPTORES ESTATICOS * RELEVADORES ESTATICOS, ETC

(5)

APLICACIONES DE LA ELECTRÓNICA

DE POTENCIA

(6)
(7)

RECTIFICADOR MONOFASICO

DE MEDIA ONDA

Diagrama de circuito Resistencia de carga Alimentación de ca -VD -Vs = Vm sen ωt Is R VL -π 0 0 t t 2π 2π π VL Vs = Vm sen ωt Vm -Vm

(8)

RECTIFICADOR MONOFASICO

DE ONDA COMPLETA

Diagrama de circuito Alimentación de ca -Vs = Vm sen ωt IL RL -t 0 - Vm Vm /2 V 0 0

( b ) Formas de onda de voltaje Vm Vs = Vm sen ωt t t Diagrama de circuito Resistencia de carga Alimentación de ca RL Diodo 1 Diodo 1 0 - Vm Vm V0 Vm Vs = Vm sen ωt t

(9)

RECTIFICADOR MULTIFASE

EN ESTRELLA

1 2 3 4 5 q

.

.

D1 D2 D3 D4 D5 Dq v1 v2 v3 v4 v5 vq V vm -vm 0 0 D1 on D2 on D3 D4 D5 Dq π/q 2π/q 4π/q 6π/q 8π/q 10π/q 14π/q ωt vm 16π/q ωt π π/2 R N

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(11)

PRACTICA 3

RECTIFICADOR MONOFASICO

DE ONDA COMPLETA

0 - Vm Vm V0 0

( b ) Formas de onda de voltaje Vm Vs = Vm sen ωt t t Alimentación de ca Vs = Vm sen ωt I L RL = -D2 D3 D4 D1 Transformador 127 vca / 1 A 10 kΩ MATERIAL y EQUIPO 4 diodos 1N4001 Resistencia 10 KΩ Transformador 127 VCA/1 A Osciloscopio Voltimetro digital

(12)

PRACTICA 3 (PROCEDIMIENTO)

RECTIFICADOR MONOFASICO

DE ONDA COMPLETA

1.- Arme el circuito y energízelo.

2.- Mida con el osciloscopio el voltaje en el secundario del transformador y compárelo con respecto al voltaje de entrada del transformador.

3.- Medir con el otro canal en voltaje después del puente rectificador, compárelo con el voltaje del secundario del transformador.

4.- Anote sus observaciones y conclusiones.

NOTA: TENGA CUIDADO CON EL VOLTAJE DE LINEA 127 VCA NO TOQUE LA LINEA SI ESTÁ MOJADO.

(13)

PRACTICA 4 (PROCEDIMIENTO)

RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA

A 127 VCA

Alimentación 127 vca I L RL = -D2 D3 D4 D1 10 kΩ C1

(14)

-PRACTICA 4 (PROCEDIMIENTO)

RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA

A 127 VCA

1.- Arme el circuito y energizelo.

2.- Mida con el osciloscopio los voltajes de línea y el de salida del rectificador y compárelos.

3.- Anote sus observaciones y conclusiones.

NOTA: TENGA CUIDADO CON EL VOLTAJE DE LINEA 127 VCA NO TOQUE LA LINEA SI ESTÁ MOJADO.

(15)

RECTIFICADOR TRIFASICO

EN PUENTE

R D5 D3 D1 D2 D6 D4 VL n c b Vcn Vbn Van a iL ia ic ib 0 t Vs = Vm sen ωt 0 0 Vm Vm -Vm t

(16)

PUENTES RECTIFICADORES

TRIFASICOS

(17)
(18)

TIRISTORES

* Dispositivo semiconductor de cuatro capas de estructura pnpn con 3 uniones pn.

* Tiene 3 terminales: Ánodo

Cátodo Compuerta.

(19)

MODOS DE ACTIVACION DEL TIRISTOR

* Térmica * Luz * Alto voltaje * dv / dt * Corriente de compuerta

(20)

TIPOS DE TIRISTORES

* Tiristores de control de fase (SCR)

* Tiristores de conmutación rápida (SCR)

* Tiristores de desactivación por compta.(GTO) * Tiristores de triodo bidireccional (TRIAC) * Tiristores de conducción inversa (RCT) * Tiristores de inducción estática (SITH)

* Rectificador controlado de silicio por luz (LASRC) * Tiristores controlados por fet (FET-CTH)

* Tiristores controlados por mos (MCT) * Transistor de unijuntura (UJT)

(21)

RECTIFICADOR CONTROLADO

DE SILICIO (SCR)

(22)

RECTIFICADOR CONTROLADO

DE SILICIO (SCR)

* Es un interruptor de estado sólido unidireccional que puede funcionar tanto con corriente continua como con corriente alterna. Como su

nombre lo indica, el SCR es un rectificador de silicio, el cual tiene un tercer terminal llamado “GATE” (puerta o compuerta) para propósito de control.

(23)
(24)
(25)

VERIFICACION DEL ESTADO DEL SCR

Se prueba del siguiente modo:

* Entre ánodo y cátodo deberá marcar una resistencia superior a los 100K en ambos sentidos.

* Entre compuerta y cátodo debe marcar como un diodo convencional. alta resistencia en un sentido y baja resistencia en el otro.

* Entre compuerta y ánodo deberá marcar una resistencia mayor de 1 MΩ en ambos sentidos.

(26)

DETERMINACION DE TERMINALES

DEL SCR

Disponga el MULTIMETRO en modo de medición de diodos:

1 Escoga dos terminales cualquiera del SCR con las puntas del MULTIMETRO y observe si existe conducción.

2 Continúe las mediciones en todas las terminales del SCR hasta encontrar una combinación, en la cual si le indicará conducción.

3 En la conexión del SCR con el MULTIMETRO en conducción, la punta roja le indicará la compuerta y la negra el cátodo, por lo tanto la otra es el ánodo.

(27)

APLICACIONES DE LOS SCR´S

* Controles de relevador.

* Circuitos de retardo de tiempo. * Fuentes de alimentación reguladas. * Interruptores estáticos. * Controles de motores. * Recortadores. * Inversores. * Cicloconversores. * Cargadores de baterías. * Circuitos de protección. * Controles de calefacción. * Controles de fase.

(28)

CURVA CARACTERISTICA DE SCR

CORRIENTE DE MANTTO. IG IA V(BR)F REGION INVERSA DE BLOQUEO VF VOLTAJE INVERSO DE RUPTURA REGION DE CONDUCCION DIRECTA

(29)

ESTRUCTURA INTERNA DEL SCR

COMPUERTA CÁTODO ANODO P N P N P N

(30)

COMPUERTA CÁTODO ANODO P N P N P N + IA IG -VG

DISPARO DEL SCR

(31)

CONDUCCION DEL SCR

COMPUERTA VG= 0 CÁTODO ANODO P N P N P N + -IA

(32)

OPERACIÓN DEL SCR

* Si no se aplica voltaje alguno a un, aparecen ciertas zonas desprovistas de cargas en cada una de las uniones pn, y que se han indicado: J1, J2 y J3. G A K P1 N1 P2 N2 J1 J2 J3

(33)

OPERACIÓN DEL SCR

* Aplicando un voltaje entre ánodo y cátodo, siendo el ánodo positivo respecto al cátodo, las uniones j1y j3se polarizan en sentido directo y se hacen más estrechas, mientras que la unión j2 se polariza en sentido inverso y su zona de agotamiento se hace más ancha.

A P1 N1 P2 N2 J1 J2 J3 G +

(34)

OPERACIÓN DEL SCR

* Si mantenemos el voltaje entre ánodo y cátodo se aplica un impulso positivo a la compuerta, los electrones fluyen a través de la unión j3, y parte de la corriente de cátodo atraviesa la unión j2. El flujo de

electrones

a través de la unión j2 es causa de que la región de agotamiento se estreche. A K p1 N1 P2 N2 J2 + G -+ N2 J1 J3

(35)

OPERACIÓN DEL SCR

* AL AUMENTAR LA POLARIZACION DIRECTA EN LA UNION J1 UN CIERTO NUMERO DE HUECOS ATRAVIESAN DICHA UNION, LO CUAL SE HA REPRESENTADO EN LA FIGURA MEDIANTE UNA FLECHA BLANCA.

A P1 N1 P2 N2 J1 J2 J3 + G + N2

(36)

OPERACIÓN DEL SCR

* Debido al efecto del transistor normal, algunos de los huecos del cristal p1 fluyen hacia el cristal p2 a través del cristal n1 (flecha blanca en la figura). A P1 N1 P2 N2 J1 J2 J3 + G + - K N2

(37)

OPERACIÓN DEL SCR

* EL EFECTO ACUMULATIVO, INICIADO POR EL IMPULSO PO-SITIVO APLICADO ENTRE EL ELECTRODO DE GOBIERNO Y CATODO, CONTINUA RAPIDAMENTE HASTA QUE LA UNION J2 DESAPARECE TOTALMENTE, EN CUYO INSTANTE CIRCULA A TRAVES DEL SCR UNA CORRIENTE DIRECTA DE GRAN IN-TENSIDAD A P1 N1 P2 N J1 J2 J3 + G +

(38)

MODOS DE APAGADO

DEL SCR

(39)

MODOS DE APAGADO DEL SCR

* INTERRUPCION DE CORRIENTE ANODICA:

S

e abre el circuito, el cual deja de conducir y baja la corriente de mantenimiento, apagando el SCR. RL SW SCR A K G IA VCD

(40)

MODOS DE APAGADO DEL SCR

Cuando aplicamos un pulso a la base del transistor, este conduce

conectando a la batería con polaridad opuesta a la del SCR, provocando una disminución de la corriente de mantenimiento. Lo cual apaga al SCR. * CONMUTACION FORZADA: V+ IA A K RL G + -R Vi VB RELAY

(41)

PRACTICA 4

DISPARO Y MODOS DE APAGADO DEL SCR

MATERIAL y EQUIPO 1 SCR C106D 1 Transistor BD 137 3 Capacitores 1 μF / 50 V 1 Resistencia 1 KΩ 2 Resistencias 1 MΩ 1 Bateria 1.5 V 1 Foco 12 V 1 Fuente de 12 VCD 1 Relevador 12 VCD 2 C.I. NE555 IA A K RL G + -VB foco + -SW 12 VCD R Vi -RELAY T1 -MULTIVIBRADOR MONOESTABLE 555 -MULTIVIBRADOR MONOESTABLE 555 C.N.O.

(42)

1.- Arme el circuito y energizelo.

2.- Dispare el SCR y observe que se enciende el foco.

3.- Apagado por interrupción de corriente anódica, abra el interruptor SW y observe que el foco se apaga.

4.- Apagado por conmutación forzada, aplique un pulso a la base del sistor y observe que el foco se apaga.

PRACTICA 4 (PROCEDIMIENTO)

(43)

PRACTICA 6

DISPARO SECUENCIAL MULVIBRADORES

MONOESTABLE

R3 1 MΩ +5 V 2 R1 555 -4 -R2 6 7 8 1 3 R4 C 4.7 µF 10 KΩ 10 KΩ 330 Ω R3 1 MΩ +5 V 2 R1 555 -4 -R2 6 7 8 1 3 R4 C 10 µF 10 KΩ 10 KΩ 330 Ω R3 1 MΩ +5 V 2 R1 555 -4 -R2 6 7 8 1 3 R4 C 15 µF 10 KΩ 10 KΩ 330 Ω 1 µF 1 µF

(44)

SCR´S CONECTADOS EN SERIE

* En aplicaciones de líneas de transmisión, el índice de voltaje requerido excede el voltaje que puede proporcionar un solo SCR.

DESVENTAJAS:

1.- Distribución desigual del voltaje entre SCR´s. 2.- Diferencias en las características de recuperación

(45)

DISTRIBUCION DESIGUAL DEL VOLTAJE

* Las corrientes de fuga de T1 y T2 son iguales.

* El voltaje en T1 será más alto que en T2 como corriente de fuga de T1. * Características de bloqueo de 2 SCR´s.

VA1 VA2

CORRIENTE DE ESCAPE

(46)

ECUALIZACION DE LA RESISTENCIA

* Método para compensar la diferencia en voltajes anódico. * R1 y R2 forzan a los tiristores a tener voltajes iguales

* Antieconomico y fuera de la realidad.

R1 R2

(47)

DIFERENCIA EN LAS CARACTERISTICAS

DE RECUPERACION

* Diferencia en la recuperación del estado de bloqueo después de que el SCR T1 se apaga y después T2, existirá un bloqueo cuando se quiera

volver a disparar los SCR´s, debido a que se tienen que remover primero

las cargas almacenadas de T1 R R T1 T2 R1 C1 R1 C1 T1 T t CORRIENTE ANODICA

(48)

DISPARO DE SCR´S

CONECTADOS EN SERIE

* Diferentes SCR´s tienen diferente tiempo de encendido, solución: elevar la corriente de compuerta a un alto índice.

* Las compuertas de los circuitos se encuentran a un considerable potencial respecto de tierra.

* El circuito. de disparo debe tener características de rápido incremento cuando encuentre un alto índice de aumento de voltaje.

* Usar transformador de pulsos con secundarios multiples.

(49)

CIRCUITOS DE DISPARO

DE SCR´S EN SERIE

R3 R4 R2 C2 R5 T1 T2 PULSO DE DISPARO R1 C 1 C5 CIRCUITO DE DISPARO-ESCLAVO PULSO DE DISPARO AL SCR 1 PULSO DE DISPARO AL SCR 2 PULSO DE DISPARO AL SCR 3 PULSO DE ENTRADA TRANSFORMADOR DE PULSOS

(50)

PROBLEMAS EN SCR´S EN PARALELO

* En los SCR´s en paralelo su corriente puede ser no apropiada debido a: * El SCR que tenga menor resistencia dinámica tendrá a tomar más corriente, lo cual elevará su temperatura en comparación de los otros, reduciendo aun más su resistencia dinámica y aumentando la corriente

que pasa por el, el proceso es acumulativo y continua hasta que el SCR

(51)

SCR´S CONECTADOS EN PARALELO

* Conectando inductancias en cada SCR.

* Conectar una resistencia variable en serie con la compuerta en cada uno de los SCR y ajustar la sensibilidad.

T1 T2 R2 R1 T1 T2 R2 R1 RL + + -L2 T1 T2

.

L1

.

(52)

ÁNGULO DE DISPARO Y CONDUCCIÓN

ÁNGULO DE DISPARO:

Es el número de grados de un ciclo de AC que transcurren antes que el SCR pase al estado de conducción.

ÁNGULO DE CONDUCCIÓN:

(53)

ÁNGULO DE DISPARO Y CONDUCCIÓN

Variando R1, la carga de C1 será menor o mayor, hará que el ángulo de disparo varíe. FORMAS DE ONDA Vm V0 0 ANGULO DE DISPARO ANGULO DE CONDUCCION t 180 360 RL G A R1 C1 127 VCA K

(54)

PROBLEMA DE VERIFICACIÓN

DE POTENCIA DISIPADA

DATOS: RL = 40 Ω

V = 115 Vrms

VT = caída de voltaje del SCR

Pdisp. = ?

Angulo de disparo Θ = 00

Potencia en semiciclo negativo = 0 w.

Vavg = 0.9 Vrms = (0.9) (115 V) = 103.5 V

ITavg = (Vavg – VT) / RL = (103.5 V – 1.5 V) / 40 Ω = 2.55 A

P(semi +) = VT ITavg = ( 1.5 V) (2.55 A) = 3.83 W

(55)

PRACTICA 5

VARIACION DEL ANGULO DE

DISPARO-CONDUCCION DEL SCR

MATERIAL y EQUIPO SCR C106D RL = foco de 40 watts. R1 = 1 MΩ C1 = 0.1 μF / 200 V D = 1N4001 Osciloscopio Voltímetro digital RL G A R1 C1 127 VCA K D

(56)

RL = 40 W / 220 VCA G A R1 C1 220 VCA / 50 Hz K R2 R3 D

PRACTICA 5

VARIACION DEL ANGULO DE

DISPARO-CONDUCCION DEL SCR

(57)

PRACTICA 5 (PROCEDIMIENTO)

VARIACION DEL ANGULO DE

DISPARO-CONDUCCION DEL SCR

1.- Arme el circuito y energizelo.

2.- Medir el voltaje con el osciloscopio en el ánodo del diodo.

3.- Varíe el valor del potenciometro con el cursor al valor mínimo y observe la señal.

4.- Varíe el valor del potenciometro con el cursor al valor máximo y observe la señal.

NOTA: TENGA CUIDADO CON EL VOLTAJE DE LINEA 127 VCA NO TOQUE LA LINEA SI ESTÁ MOJADO.

(58)

PRACTICA 5

DISPARO SECUENCIAL DE SCR`S

1 µF 10 KΩ 10 KΩ C1 1 µF 10 KΩ 1 µF 3.3 µF +5 V 2 R1 555 -4 -R2 6 7 8 1 3 R4 330 Ω +5 V 2 R5 555 -4 -R6 6 7 8 1 3 R8 10 KΩ 330 Ω +5 V 2 R9 555 -4 -R10 6 7 8 1 3 R12 330 Ω +5 V 2 R13 555 -4 -R14 6 7 8 1 3 R16 10 KΩ 330 Ω R3 R7 - - - -10 KΩ 10 KΩ 10 KΩ 1 µF 1 µF 1 µF R11 R15 3.3 µF 3.3 µF RH

CARGA 1 CARGA 1 CARGA 1

+ + + + + + + + + + + + + + 1 MΩ + C2 C4 C3 +12 V C5 C6 C7 1 µF 1 µF C8 C9 C10 C11 C12 C106D C106D C106D C106D CSR1 CSR2 CSR3 CSR4 10 KΩ

(59)
(60)

DIAC

* Dispositivo semiconductor que permite el disparo de la corriente en

cualquier dirección cuando se sobrepasa determinado valor del voltaje de ruptura y puede disparar un SCR.

ANODO 1 ANODO 2 ANODO 1 ANODO 2 VBR1 = VBR2 + 10 % V BR1 -V VBR -V BR -I BR IBR I

(61)
(62)

TRIAC

* Dispositivo de control de 3 terminales. * Formado por 2 scr en antiparalelo. * Maneja voltajes AC.

(63)

ESTRUCTURA DEL TRIAC

. . . TERMINAL PRINCIPAL 1 TERMINAL PRINCIPAL 2 COMPUERTA TERMINAL PRINCIPAL 2 TERMINAL PRINCIPAL 1 COMPUERTA

(64)

ESPECIFICACIONES DEL TRIAC

ITMS = Corriente máxima de trabajo.

VMT1-2 = Voltaje máximo entre MT1 Y MT2.

IH = Corriente mínima para mantener el TRIAC encendido.

VGF = Voltaje máximo directo aplicado a la compuerta.

IGF = Corriente máxima directa aplicada a la compuerta.

(65)

CURVA CARACTERISTICA DEL TRIAC

IH -IH VMT1-2(BR) -VMT1-2(BR) IG -IG IT I CUADRANTE II CUADRANTE IV CUADRANTE III CUADRANTE

(66)

CUADRANTES DE DISPARO DEL TRIAC

El triac es un dispositivo bidireccional debido a que conduce en ambas direcciones, al aplicar una corriente pequeña de señal aplicada entre la compuerta y MT1.

(67)
(68)

DISPARO DEL TRIAC (1

er

cuadrante)

El primer modo del primer cuadrante designado por I (+), es aquel en el que el

voltaje del ánodo MT2 y la tensión de la compuerta son positivas con respecto al

ánodo MT1 y este es el modo más común (Intensidad de compuerta entrante).

La corriente de compuerta circula internamente hasta MT1, en parte por la unión P2N2 y en parte a través de la zona P2. Se produce la natural inyección de electrones de N2 a P2, que es favorecida en el área próxima a la compuerta por la caída de

voltaje que produce en P2 la circulación lateral de corriente de compuerta. Esta caída de voltaje se simboliza en la figura por signos + y -. Parte de los electrones inyectados alcanzan por difusión la unión P2N1 que bloquea el potencial exterior y son acelerados por ella iniciándose la conducción.

(69)

DISPARO DEL TRIAC (2

er

cuadrante)

El Segundo modo, del tercer cuadrante, y designado por III(-) es aquel en el que el

voltaje del ánodo MT2 y el de la compuerta son negativos con respecto al ánodo MT1 (Intensidad de compuerta saliente).

Se dispara por el procedimiento de puerta remota, conduciendo las capas P2N1P1N4. La capa N3 inyecta electrones en P2 que hacen más conductora la unión P2N1. El voltaje positivo de T1 polariza el área próxima de la unión P2N1 más positivamente que la próxima a la puerta. Esta polarización inyecta huecos de P2 a N1 que alcanzan en parte la unión N1P1 y la hacen pasar a conducción.

(70)

DISPARO DEL TRIAC (3

er

cuadrante)

El tercer modo del cuarto cuadrante, y designado por I(-) es aquel en que el voltaje del ánodo MT2 es positivo con respecto al ánodo MT1 y el voltaje de disparo de la compuerta es negativo con respecto al ánodo MT1( Intensidad de compuerta

saliente).

El disparo es similar al de los tiristores de puerta de unión. Inicialmente conduce la estructura auxiliar P1N1P2N3 y luego la principal P1N1P2N2. El disparo de la primera se produce como en un tiristor normal actuando T1 de puerta y P de cátodo. Toda la estructura auxiliar se pone al voltaje positiva de T2 y polariza fuertemente la unión P2N2 que inyecta electrones hacia el área de potencial positivo. La unión P2N1 de la estructura principal, que soporta el voltaje exterior, es invadida por electrones en la vecindad de la estructura auxiliar, entrando en conducción.

(71)

DISPARO DEL TRIAC (4

er

cuadrante)

El cuarto modo del Segundo cuadrante y designado por III(+) es aquel en el que el voltaje del ánodo T2 es negativo con respecto al ánodo MT1, y el voltaje de disparo de la compuerta es positivo con respecto al ánodo MT1(Intensidad de compuerta entrante).

El disparo tiene lugar por el procedimiento llamado de puerta remota. Entra en conducción la estructura P2N1P1N4.

La inyección de N2 a P2 es igual a la descrita en el modo I(+). Los que alcanzan por difusión la unión P2N1 son absorbido por su potencial de unión, haciéndose más conductora. El potencial positivo de puerta polariza más positivamente el área de unión P2N1 próxima a ella que la próxima a T1, provocándose una inyección de huecos desde P2 a N1 que alcanza en parte la unión N1P1 encargada de bloquear el voltaje exterior y se produce la entrada en conducción.

(72)

RECOMENDACIONES EN EL

CONTROL DE POTENCIA

1.- Para disparar un tiristor (triac), una corriente de compuerta ≥ IGT

debe aplicarse hasta que la corriente de carga sea ≥ IL. Esta condición debe encontrarse también al bajar la temperatura de funcionamiento esperada.

2.- Para apagar (conmutar) un tiristor (o triac), la corriente de carga debe ser < IH por un tiempo suficiente para permitir que este

retorne al estado de bloqueo. Esta condición tiene que ser

satisfecha para alcanzar la mejor operación con la temperatura. 3.- Cuando se diseña un circuito de disparo para triacs, trataremos de

no dispararlo al mismo en el 3o cuadrante (MT

2-,G+) cuando esto sea posible.

(73)

RECOMENDACIONES EN EL

CONTROL DE POTENCIA

4.- Para minimizar el ruido que toma la compta; el largo de conexión tiene que ser lo más corto posible. El retorno al terminal MT1 (o

cátodo) tiene que retornar en forma directa al terminal propiamente dicho. Colocar una resistencia no mas de 1 kΩ, entre las terminales de compta. y MT1 o cátodo. Una red snubber es aconsejable para la compta. La opción de usar la serie H de triacs, si lo anterior es

insuficiente.

5.- Cuando altas dvV/dt o dvCOM/dt es probable que causen problemas, una solución es la colocación de una red snubber entre las terminales

MT1 y MT2. Cuando altas dvCOM/dt son probables, la colocación de un inductor de algunos mH en serie con la carga minimiza el

(74)

RECOMENDACIONES EN EL

CONTROL DE POTENCIA

6.- Si el voltaje VDRM del triac es probablemente superada, por transitorios de línea se pueden adoptar las siguientes medidas:

* limitar la di/dt con una inductancia no saturable de algunos μH en

serie con la carga.

* Usar MOV entre la alimentación en combinación con filtros del lado de la alimentación.

7.- Un buen circuito de disparo y evitar los disparos en el en 3o cuadrante

mejora notablemente la capacidad de absorción de diT/dt.

8.- Si la diT/dt se espera superar un inductor de núcleo de aire de algunos μH o un termistor NTC debe ser colocado en serie con la carga, o en el circuito de control (este ultimo circuito de disparo).

(75)

APLICACIONES DE LOS TRIACS

R MT1 MT2 127 VCA SW G INTERRUPTOR DE C.A. RL RL C2 = 0.1 uF MT1 MT2 G DIAC R1 C1 R2 = 100 C CARGAS INDUCTIVAS 127 VCA

(76)

CONTROL DE POTENCIA

FORMAS DE ONDA Vm V0 0 ANGULO DE DISPARO ANGULO DE CONDUCCION t 180 360 RL C2 = 0.1 uF MT1 MT2 G DIAC R1 C1 R2 = 100C CARGAS INDUCTIVAS 127 VCA

(77)

PRACTICA 6

CONTROL DE POTENCIA CON TRIAC

Vm V0 0 ANGULO DE t 180 360 MATERIAL y EQUIPO Triac TIC 220D Diac Capacitor 0.1 μF/200 v Potenciometro 1 MΩ Foco de 40 watts. Osciloscopio Voltimetro digital CARGAS INDUCTIVAS Foco 40 w. C2 = 0.1 uF MT1 MT2 G DIAC R1 C1 R2 = 100C 127 VCA 1 2

(78)

PRACTICA 6 (PROCEDIMIENTO)

CONTROL DE POTENCIA CON TRIAC

1.- Arme el circuito y energizelo.

2.- Medir el voltaje con el osciloscopio en el punto 1 y observe.

3.- Varíe el valor del potenciometro con el cursor al valor máximo, observe la señal e identifique el ángulo de disparo.

4.- Varíe el valor del potenciometro con el cursor al valor mínimo y observe

la señal e identifique el ángulo de conducción.

NOTA: TENGA CUIDADO CON EL VOLTAJE DE LINEA 127 VCA NO TOQUE LA LINEA SI ESTÁ MOJADO.

(79)

TRANSISTOR MONOUNION

(80)

TRANSISTOR MONOUNION (UJT)

* Se utiliza para generar señales de disparo en los SCR

* Transistor formado por una resistencia de silicio ( de 4 a 9 KΩ) tipo N * Tiene 3 terminales: Emisor (E), Base 1, (B1) y Base 2 (B2)

(81)

PARAMETROS DEL TRANSISTOR

MONOUNION (UJT)

VBB = Voltaje interbase rBB = Resistencia interbase rBB = rB1 + rB2 VE = Voltaje de emisor IE = Corriente de emisor

VB2 = Voltaje en B2, (de 5 a 30 V para el UJT polarizado)

VP = Voltaje de disparo VP = VrB1 + VD IP = Intensidad de pico (de 20 a 30 μA)

VV = Voltaje de valle de emisor

IV = Intensidad de valle de emisor

(82)

TRANSISTOR MONOUNION (UJT)

RBB = resistencia entre bases (4.7 k < RBB < 9.1 k)

RBB = RB1 + RB2 ] IE = 0 η = Relación intrinsica ( 0.51 a 0.82) η = RB1 / (RB1 + RB2 ) con IE = 0 RBB = RB1 + RB2 ] IE = 0 -- -V+E -E IE RB2 RB1 ηV BB ]IE=0 VBB B2 B1

(83)

CURVA CARACTERISTICA DEL UJT

Región de resistencia

negativa Región de saturación

Región de corte IP Punto de valle VBB = 10 V VE (sat) VV VP VE IV 50 IE (mA)

(84)

PRACTICA 7

DISEÑO OSCILADOR DE RELAJACION

MATERIAL y EQUIPO UJT: 2N 2646 C1 = 0.01 μF Osciloscopio Voltímetro digital Protoboard CONSIDERACIONES DE DISEÑO: η = 0.66 2 kΩ < RB2 < 3 kΩ 3 kΩ < R1 < 3 MΩ 0 Ω < RB1 < 100 Ω 10 V < V1 < 35 V Vcc = 12 V f = 10 Khz = 1260 Ω RB2 = 1000 / η Vcc = 1000 / (0.66)(12 V) T = 1 / f = R1C1 -VE R1 RB1 VCC RB2 -C1 Vo B1 B2 R1 = 1 / f C1 = 1/ (10 000 hz)(0.01 x 10-6 F) = 10 kΩ

(85)

PRACTICA 7 (PROCEDIMIENTO)

DISEÑO OSCILADOR DE RELAJACION

1.- Arme el circuito y energizelo.

2.- Medir el voltaje con el osciloscopio en base 1 y observe el tipo de onda generada.

3.- Mida la frecuencia y compárela con la del diseño. 4.- Conclusiones:

(86)

INTERRUPTOR APAGADO

POR COMPUERTA (GTO)

(87)

INTERRUPTOR APAGADO

POR COMPUERTA (GTO)

p n p n Anodo Cátodo Compuerta Construcción básica Anodo Cátodo Compuerta Símbolo

(88)

CARACTERISTICAS DEL GTO

* El GTO aventaja al scr porque puede ser encendido o apagado aplicando un pulso adecuado a la compuerta cátodo.

* Como consecuencia de esta capacidad de encendido es un aumento de rriente de compuerta requerida por disparo.

* En un SCR en particular la corriente de disparo es de 30 μA y la corriente de disparo del GTO es de 20 μA.

* La corriente de apagado del GTO es ligeramente más grande que la que se requiere para encenderla.

* El GTO tiene una conmutación mejorada.

* El tiempo de encendido del SCR y el GTO son similares. * El tiempo de apagado del GTO es más rápido que el SCR.

(89)

GENERADOR DE DIENTE DE SIERRA

-R2 R3 -VZ Vo K -C1 G A -8.2 KΩ 1 KΩ 200 V 0.1 μF + -+ GTO G6D

(90)

PRACTICA 10 (PROCEDIMIENTO)

VOLTAJE 127 VCA “FLOTANTE”

1.- Arme el circuito anterior y energizelo.

2.- Mida el voltaje en el secundario del transformafor 2.

3.- Conecte en VS2 un foco de 25 watts/127 vca, observe y saque sus

(91)
(92)

RELEVADORES

RELÉ

Es un sistema mediante el cuál se puede controlar una potencia mucho mayor con un consumo en potencia muy reducido.

Es un dispositivo electromecánico, que funciona como un interruptor controlado por un circuito eléctrico en el que, por medio de un

electroimán

acciona uno o varios contactos que permiten abrir o cerrar circuitos.

(93)

ESTRUCTURA DE UN RELEVADOR

CIRCUITO DE MANDO SISTEMA DE ACOPLAMIENTO CIRCUITO DE CONMUTACION VOLTAJE DE MANDO VOLTAJE DE CONMUTACION SALIDA ENTRADA

(94)

TIPOS DE RELEVADORES

1.- ELECTROMECANICOS: Convencionales Polarizados Reed inversores 2.- HIBRIDOS. 3.- ESTADO SÓLIDO

(95)

Relé con bobina

y contacto Relé con bobina y contacto Mando electromagnético

Mando

electromagnético Relé ( bobina ) Relé con doble bobinado

Relé

rápido * Relé rápido Relé de desactivación

rápida Relé de

Relé Relé polarizado

(96)

SIMBOLOGIA DE RELEVADORES

Bobina de relé

diferencial Termo-relé Reléde corriente alterna

Relé de

apoyo Relé de remanencia mecánica ej. 25 HzRelé de resonancia

Relé para desenganche por corriente máxima Relé de láminas ( Reed )

Relé paradesenganche por tensión defectuosa

Electroimán de relé

Relé de temperatura.

(97)

CONTACTOS DE RELEVADORES

Contactos

abierto Contactos cerrado Contactos abierto

Contactos

cerrado Contactos abierto Contactos cerrado

Contactos

de trabajo Contactosde reposo Contactos deconmutador

Contactos de

(98)

CARACTERISTICAS GENERALES

* Aislamiento entre las terminales de entrada y de salida. * Adaptación sencilla a la fuente de control.

* Posibilidad de soportar sobrecargas, tanto en el circuito de entrada como el de salida.

* Los bornes de salida del relé se caracteriza por: a).- Estado abierto, alta impedancia (CNO). b).- Estado cerrado, baja impedancia (CNC).

(99)

RELÉ ELECROMECANICOS

Está formado por una bobina y contactos los cuales pueden conmutar corriente continua o alterna.

* Relé tipo armadura * Relé de núcleo móvil

* Relé tipo Reed o de lengueta * Relé polarizados

(100)

RELEVADOR TIPO ARMADURA

(101)

RELEVADOR DE NÚCLEO MÓVIL

Tienen un émbolo en lugar de la armadura, se utiliza un solenoide para cerrar sus contactos, debido a su mayor fuerza atractiva (es útil en el manejo de altas corrientes).

(102)

RELEVADOR REED O DE LENGUETA

Está formado por una ampolla de vidrio, en cuyo interior están situados

los contactos (pueden ser múltiples) montados sobre delgadas láminas metálicas. Sus contactos se cierran por medio de la excitación de una bobina, que está situada alrededor de dicha ampolla.

(103)

RELEVADORES POLARIZADOS

Llevan una pequeña armadura, solidaria a un imán permanente. El extremo inferior puede girar dentro de los polos de un electroimán y el otro lleva una cabeza de contacto. Si se excita al electroimán, se mueve la armadura y cierra los contactos. Si la polaridad es la opuesta girará en sentido contrario, abriendo los contactos ó cerrando otro

(104)

RELEVADORES POLARIZADOS

RELÉ SELLADO HERMÉTICAMENTE RELÉ DE ENCLAVAMIENTO RELÉ DE TRINQUETE

(105)

RELEVADOR DE ESTADO SÓLIDO

Es un circuito electrónico que contiene en su interior un circuito dispara-do por nivel, acopladispara-do a un interruptor semiconductor, un transistor o un tiristor. Es un producto construido y probado en fabrica. Sus partes Son:

* Circuito de entrada o de control

* Acoplamiento

(106)

CARACTERISTICAS

* Son rápidos * Silenciosos * Livianos * Confiables * No se desgastan

* Son inmunes a los choques y vibraciones * Pueden manejar altas corrientes

* altos voltajes sin producir arcos ni ionizar el aire circundante altos voltajes sin producir arcos ni ionizar el aire circundante.

* Generan poca interferencia

* proporcionan varios kilovoltios de aislamiento entre la entrada y la salida

(107)
(108)

RELEVADORES DE ESTADO SÓLIDO

RELÉ ESTÁTICO TRIFÁSICO RELÉ SALIDA A TRIAC

(109)
(110)

OPTOACOPLADOR

* Circuito de interface entre control y potencia.

* Formado por 2 elementos (fuente de luz y un fotodetector.

* El transmisor es un ired (diodo emisor de luz infrarojo).

* El elemento de salida puede ser: fototransistor,

fotodarlinton, fotoscr,

fototriac, comptasl.

* Existe un gran aislamiento entre la entrada y salida.

(111)

111

CARACTERISTICAS DEL

OPTOACOPLADOR

TRANSMISOR:

IRED = (Diodo emisor de luz infraroja)

IF = Corriente polarización directa del ired. VF = Voltaje de polarización directa del ired. VR = Voltaje polarización inversa máximo.

FOTODETECTOR:

IC = Máxima corriente de salida del colector. V(BR)CBO = Máximo voltaje de ruptura colector-base. V(BR)CEO = Máximo voltaje de ruptura colector-emisor. V(BR)ECO = Máximo voltaje de ruptura emisor-colector. IT(RMS) = Máxima corriente rms del scr.

VTM = Máximo voltaje de pico de salida. V = Máximo voltaje entre cátodo-ánodo.

(112)

CARACTERISTICAS DEL

OPTOACOPLADOR

IH = Mínima corriente p/mantener la conducción del scr. VMT1-MT2 = Voltaje máximo c.a. aplicado a MT1-MT2.

VF VCE IC IF VF VA-K IT IF VMT1-MT2 IT IF VF

(113)
(114)

APLICACIONES DEL OPTOACOPLADOR

IC IF 24 VCD R1 = 2.2 KΩ -R2 = 10 KΩ NC 1 2 4 5 6 +5 V SALIDA IT IF VF -R1 R2 RL MT2 MT1 G TR1 +5 V 117 VCA MOC 3010 1 2 6 4

(115)

PRACTICA 11

INTERFACE CONTROL-POTENCIA

MATERIAL y EQUIPO 1 Optoacoplador MOC 3010 1 Temporizador 555 1 Triac TIC 220D 2 Resistencia 10 KΩ 1 Resistencia 1 MΩ 2 Resistencia 330 Ω 1 Resistencia 1 KΩ 1 Capacitor 1 µF 1 Proboard 1 Voltímetro digital R3 1 MΩ +5 V 2 R1 555 -4 -R2 6 7 8 1 3 R4 R5 C 1 µF Paro Inicio IT IF R2 foco 40 w MT2 MT1 G TR1 117 VCA MOC 3010 1 2 6 4 10 KΩ 10 KΩ 330 Ω 330 Ω 1 KΩ

(116)

PRACTICA 11 (PROCEDIMIENTO)

INTERFACE CONTROL-POTENCIA

DESARROLLO: PASO 1

Arme el circuito y energizelo .

PASO 2

Cierre el interruptor de inicio del pulso del multivibrador monoestable555, cuya duración está dado por τ = R3 C, el pulso activará el optoacoplador y

este a la vez el triac de potencia que conectará el foco al voltaje de línea 127 vca.

NOTA: TENGA CUIDADO CON EL VOLTAJE DE LINEA 127 VCA NO TOQUE LA LINEA SI ESTÁ MOJADO.

(117)

BANCO y CARGADORES

DE BATERIAS

(118)

DEFINICIONES

Batería: Dispositivo que almacena energía eléctrica en forma de energía

química.

Capacidad: Es la cantidad de energía que puede ser almacenada por una

batería, esta dada por el producto de la magnitud de corriente que puede entregar por el tiempo durante el cual suministra esta corriente. (Ampere- Horas).

Estado de Carga: Nos indica la cantidad de energía o capacidad disponible en

una batería.

Gravedad Específica: Es la relación entre el peso de un litro de cierto elemento

y el peso de un litro de agua pura. La gravedad específica o densidad es un indicador del estado de carga de la batería.

Régimen de Carga o Descarga: Se expresa en función de la capacidad de la

batería, y está dado en amperes. Es la cantidad de corriente necesaria para descargar completamente la batería en un tiempo determinado.

(119)

TIPOS DE BATERIAS

1.- PLOMO-ACIDO 2.- ALCALINAS

3.- ALCALINAS DE MANGANESO 4.- NIQUEL-CADMIO (Ni-CD)

5.- NIQUEL-HIDRURO METALICO (Ni-MH) 6.- IONES DE LITIO (Li-ion)

7.- POLIMERO DE LITIO (LiPo) 8.- DE COMBUSTIBLE

(120)

TIPOS DE BATERIAS

(121)

Tipo Potencia/ peso Tensi ón por elem ento (V) Dura ción (núm ero de recar gas) Tiem po de carga Auto -desca rga por mes (% del total) Li-ion 110-160 W/kg 3,16 V 4000 2h-4h 25 % Li-Po 100-130 Wh/k g 3,7 V 5000 1,5h1h- 10% Ni-Cd 48-80 W/kg 1,25 V 500 14h *10- 30% Ni-Mh 60-120 W/kg 1,25 V 1000 2h-4h 20 % Plom o 30-50 W/kg 2 V 1000 8-16h 5 %

(122)

1.- DEFINICIONES

2.- CONSTRUCCION FISICA 3.- ACCION ELECTROQUIMICA

4.- CALCULO DE BANCOS DE BATERIAS 5.- NUMERO DE CELDAS

6.- CAPACIDAD

7.- INSTALACION Y PUESTA EN SERVICIO 8.- MANTENIMIENTO 9.- ASPECTOS DE SEGURIDAD 10.- PRUEBAS DE OPERACIÓN 11.- EVALUACION DE RESULTADOS 12.- REEMPLAZO DE CELDAS 13.- CELDAS ALCALINAS

BANCO DE BATERIAS

(123)

1.- DESCRIPCION FUNCIONAMIENTO 2.- OPERACIÓN DE CARGADORES

3.- CONTROLES E INDICADORES EXTERNOS E INTERNOS 4.- INSTALACION Y PUESTA EN SERVICIO

5.- MODOS DE OPERACION

6.- CARACTERISTICAS PARTICULARES 7.- MANTENIMIENTO

8.- DIAGNOSTICO

(124)

DEFINICIONES

Los bancos de baterías constituyen la fuente más segura y confiable de corriente instantánea durante emergencias, ya que es la única forma de almacenar energía eléctrica.

Batería: Dispositivo que almacena energía eléctrica en forma de energía

química.

Capacidad: Es la cantidad de energía que puede ser almacenada por una

batería, esta dada por el producto de la magnitud de corriente que puede entregar por el tiempo durante el cual suministra esta corriente. (Ampere- Horas).

Estado de Carga: Nos indica la cantidad de energía o capacidad disponible en

(125)

DEFINICIONES

Gravedad Específica: Es la relación entre el peso de un litro de cierto elemento

y el peso de un litro de agua pura. La gravedad específica o densidad es un indicador del estado de carga de la batería.

Régimen de Carga o Descarga: Se expresa en función de la capacidad de la

batería, y está dado en amperes. Es la cantidad de corriente necesaria para descargar completamente la batería en un tiempo determinado.

(126)

TIPOS DE BATERIAS

1.- PLOMO-ACIDO 2.- ALCALINAS

3.- ALCALINAS DE MANGANESO 4.- NIQUEL-CADMIO (Ni-CD)

5.- NIQUEL-HIDRURO METALICO (Ni-MH) 6.- IONES DE LITIO (Li-ion)

7.- POLIMERO DE LITIO (LiPo) 8.- DE COMBUSTIBLE

(127)

CONSTRUCCION FISICA

Una celda plomo - ácido se conforma básicamente por un grupo de placas

positivas y un grupo de placas negativas sumergidas en una solución de agua y ácido sulfúrico.

Un banco de baterías está formado por un grupo de celdas conectadas en serie. El voltaje total del banco es la suma de los voltajes de cada una de las celdas que lo componen.

La capacidad del banco (expresada en AH) esta determinada por la capacidad

de las celdas que lo forman. La capacidad de una celda depende directamente de las dimensiones y de la cantidad de las placas que la conforman, ya que entre mayor sea el área de contacto de las placas con el electrolito, mayor es la corriente que puede proporcionar.

(128)

CONSTRUCCION FISICA

Cuando se conectan dos Bancos de Baterías en paralelo, estos forman un nuevo Banco de Baterías pero con mayor capacidad para suministrar corriente, en estas condiciones la capacidad del banco es la suma de las capacidades de cada uno de los bancos. Si conectamos seis celdas de 2.15 voltios y 100 AH tendremos un Banco de Baterías de 12.9 voltios y 100 AH de capacidad, si estas mismas celdas se conectan en paralelo entonces el Banco formado será de 2.15 voltios y 600 AH. Recordemos que solo pueden conectarse en paralelo bancos del mismo voltaje, es decir con el mismo número de celdas.

(129)

BANCO DE BATERIAS EN

SERIE y PARALELO

(130)

ESTRUCTURA DE CELDA PLOMO-ACIDO

Barra de conexión Tapón de plástico

Poste Tapa

Barra colectora negativa Tabique

Rejilla protectora

Barra colectora positiva Separadores

Retenes

Placa Positiva Placa Negativa

(131)
(132)

OPERACION DE CELDA PLOMO-ACIDO

La celda está formada por un recipiente o caja fabricado de material inerte como plástico o vidrio de tal forma que no pueda ser dañado por el electrolito, un grupo de placas positivas fabricadas de bióxido de plomo con una aleación de antimonio, calcio o hierro que le dan dureza a la misma, un grupo de placas negativas fabricadas en plomo, el conjunto de placas positivas y negativas se mantienen sumergidas en el electrolito que es una solución de ácido sulfúrico y agua a una densidad de 1210 gr/cm3. Esta sustancia es altamente corrosiva, por

lo que debe evitarse el contacto con la piel o con la ropa. Las placas positivas y las negativas están intercaladas y aisladas entre sí por los separadores y retenes que además de proporcionar aislamiento entre las placas sirven como soporte, los separadores deben estar construidos de material aislante y microporoso para que permitan el libre paso del electrolito.

(133)

OPERACION DE CELDA PLOMO-ACIDO

Las placas se conectan a las barras colectoras y de estas barras se conectan a los postes o bornes de conexión que constituyen el punto de conexión con los circuitos externos. En la figura anterior se observan otros componentes importantes como el tapón de plástico, que se utiliza para acceder a la celda y tomar densidades o reponer agua cuando es necesario. Este tapón tiene unos pequeños orificios de ventilación que permiten la liberación de los gases que se generan por la reacción electro-química producida en la celda durante la carga y descarga de la misma. La rejilla protectora, como su nombre lo indica, evita que se introduzcan objetos extraños al interior de la celda que puedan provocar un cortocircuito entre placas.

(134)

OPERACION DE CELDA PLOMO-ACIDO

La costilla, que esta situada al fondo del recipiente, provee soporte a las placas y proporciona un espacio en el cual se deposita el sedimento que se forma en las celdas por perdida del material activo de las placas.

Es posible encontrar que un solo depósito contiene 2 o más celdas, en este caso la conexión entre estas celdas se hace por medio de una barra de conexión, que puede o no contar con una terminal que permita tomar lectura del voltaje por celda. Las celdas están divididas por un tabique. Para este tipo de celdas podemos observar que cuentan con varios tapones de plástico, el electrolito de una celda no se mezcla con el de la otra.

(135)

la disposición de las placas en una celda, se puede observar que en los extremos siempre hay placas negativas, y que estas son más delgadas que el resto de las placas. El número total de placas en una celda siempre es impar, y siempre tendremos una placa negativa más que el número de placas positivas.

(136)

CELDA COMPLETAMENTE CARGADA

Para que una celda sea capaz de entregar o almacenar corriente es necesario que se lleve a cabo una reacción química en la cual para una celda totalmente cargada tenemos que el grupo de placas positivas esta compuesta de Bióxido de Plomo, el grupo de placas negativas es de plomo y el electrolito es una mezcla de ácido sulfúrico y agua con máxima

ELECTROLITO Acido Sulfúrico (H2SO4) y agua (H2O) Máxima concentración de ácido Placa Negativa Plomo esponja (Pb) Placa Positiva Bióxido de Plomo (PbO2)

(137)

CELDA DESCARGANDO

Al conectar una carga al banco de baterías, éste se empieza a descargar. La reacción química que se produce disocia el electrolito, disminuyendo la cantidad de ácido sulfúrico y aumentando la cantidad de agua. En las placas positivas y negativas se empieza a formar sulfato de plomo y este va aumentando conforme se descarga la batería.

ELECTROLITO El ácido sulfúrico disminuye y el agua

aumenta

(138)

CELDA COMPLETAMENTE DESCARGADA

Cuando la celda esta completamente descargada, el sulfato de plomo es máximo en las placas positivas y negativas, y el electrolito tiene una concentración mínima de ácido sulfúrico, por lo que la densidad del electrolito es mínima.

ELECTROLITO Mínimo ácido Sulfúrico Máxima agua Placa Negativa Máximo sulfato de plomo (PbSO4) Placa Positiva Máximo sulfato de plomo (PbSO4)

(139)

CELDA CARGANDO

Al aplicar carga al banco de baterías el proceso se revierte, en las placas positivas y negativas disminuye el sulfato de plomo y se incrementa la concentración de ácido sulfúrico en el electrolito recuperando éste la densidad original. En condiciones de carga completa las placas positivas son de color café marrón y las placas negativas son de color gris característico del plomo.

Celda totalmente cargada Celda totalmente descargada

Es importante mencionar que durante la carga y descarga de un Banco de Baterías se libera hidrógeno y que éste, en concentraciones mayores al 3% en el aire es inflamable, por lo que deberá evitarse cualquier fuente de chispa cerca del Banco de Baterías.

O H SO H PbSO PbSO O H SO H Pb PbO2  3 2 4 8 2442 4 10 2

(140)

DENSIDAD DE LA CELDA

En las definiciones proporcionadas al principio dijimos que la densidad es un indicador del estado de carga de la batería, para una celda totalmente cargada tenemos que la densidad es de aproximadamente 1210 gr/cm3, mientras que para una celda totalmente descargada la

densidad es de aproximadamente 1067 gr/cm3.

En la descarga baja la concentración del ácido sulfúrico porque se crea sulfato de plomo y aumenta la cantidad de agua liberada en la reacción. Como el ácido sulfúrico concentrado tiene una densidad superior al ácido sulfúrico diluido, la densidad del ácido puede servir de indicador para el estado de carga del dispositivo.

(141)

DENSIDAD DE LA CELDA

No obstante, este proceso no se puede repetir indefinidamente porque, cuando el sulfato de plomo forma cristales muy grandes, ya no responden bien a los procesos indicados, con lo que se pierde la característica esencial de la reversibilidad. Se dice entonces que el acumulador se ha sulfatado y es necesario sustituirlo por otro nuevo.

Los cristales grandes también se forman si se deja caer por debajo de 1.8 V la tensión de cada celda.

Muchos acumuladores de este tipo que se venden actualmente utilizan un electrolito en pasta, que no se evapora y hace mucho más segura y cómoda su utilización.

(142)

VOLTAJES DE USO NORMAL

Estos son rangos generales de voltaje para baterías de 6 celdas Pb-ácido:

* Circuito abierto (inactivo) a plena carga: 12.6 V ~ 12.8 V (2.10-2.13V por celda). * Circuito abierto a plena descarga: 11.8 V ~ 12.0 V.

* Cargado a plena descarga: 10.5 V.

* Carga continua de preservación (flotación): 13.4 V para electrolito de gel; 13.5 V para AGM (absorbed glass mat) y13.8 V para celdas de electrolito fluido común. 1.- Todos los voltajes están referenciados a 20 °C, y deben ajustarse -0.022V/°C por cambios en la temperatura.

2.- Las recomendaciones sobre el voltaje de flotación varían, de acuerdo con las recomendaciones del fabricante.

3.- Un voltaje de flotación precisa (±0.05 V) es crítica respecto a la longevidad; muy baja (sulfatación) es casi tan mala como muy alta (corrosión y pérdida de electrolito)

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